Introduction à l’océanographie

L’énergie rayonnante du soleil est importante pour plusieurs grands processus océaniques:

• Le climat, les vents et les principaux courants océaniques dépendent en fin de compte du rayonnement solaire atteignant la Terre et chauffant différentes zones à différents degrés.
• La lumière du soleil réchauffe les eaux de surface où vit une grande partie de la vie océanique.
• Le rayonnement solaire fournit de la lumière pour la photosynthèse, qui soutient l’ensemble de l’écosystème océanique.

L’énergie atteignant la Terre en provenance du soleil est une forme de rayonnement électromagnétique, qui est représentée par le spectre électromagnétique (Figure 6.5.1). Les ondes électromagnétiques varient en fréquence et en longueur d’onde. Les ondes à haute fréquence ont des longueurs d’onde très courtes et sont des formes de rayonnement à très haute énergie, telles que les rayons gamma et les rayons X. Ces rayons peuvent facilement pénétrer dans les corps des organismes vivants et interférer avec les atomes et les molécules individuels. À l’autre extrémité du spectre se trouvent des ondes de faible énergie et de longue longueur d’onde telles que les ondes radio, qui ne présentent pas de danger pour les organismes vivants.

La majeure partie de l’énergie solaire atteignant la Terre se situe dans la gamme de la lumière visible, avec des longueurs d’onde comprises entre environ 400 et 700 nm. Chaque couleur de la lumière visible a une longueur d’onde unique et, ensemble, elles forment une lumière blanche. Les longueurs d’onde les plus courtes sont à l’extrémité violette et ultraviolette du spectre, tandis que les longueurs d’onde les plus longues sont à l’extrémité rouge et infrarouge. Entre les deux, les couleurs du spectre visible comprennent le familier « ROYGBIV »; rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet.

L’eau est très efficace pour absorber la lumière entrante, de sorte que la quantité de lumière pénétrant dans l’océan diminue rapidement (s’atténue) avec la profondeur (Figure 6.5.2). À 1 m de profondeur, il ne reste que 45% de l’énergie solaire qui tombe à la surface de l’océan. À 10 m de profondeur, seulement 16% de la lumière est encore présente, et seulement 1% de la lumière d’origine est laissée à 100 m. Aucune lumière ne pénètre au-delà de 1000 m.

En plus de l’atténuation globale, les océans absorbent les différentes longueurs d’onde de la lumière à des vitesses différentes (Figure 6.5.2). Les longueurs d’onde aux extrémités du spectre visible sont atténuées plus rapidement que les longueurs d’onde au milieu. Les longueurs d’onde plus longues sont absorbées en premier; le rouge est absorbé dans les 10 m supérieurs, l’orange d’environ 40 m et le jaune disparaît avant 100 m. Les longueurs d’onde plus courtes pénètrent plus loin, la lumière bleue et verte atteignant les profondeurs les plus profondes.

Ceci explique pourquoi tout apparaît bleu sous l’eau. Les couleurs que nous percevons dépendent des longueurs d’onde de la lumière qui sont reçues par nos yeux. Si un objet nous apparaît rouge, c’est parce qu’il réfléchit la lumière rouge mais absorbe toutes les autres couleurs. Donc, la seule couleur qui atteint nos yeux est le rouge. Sous l’eau, le bleu est la seule couleur de lumière encore disponible en profondeur, c’est donc la seule couleur qui peut être réfléchie vers nos yeux, et tout a une teinte bleue sous l’eau. Un objet rouge en profondeur ne nous apparaîtra pas rouge car il n’y a pas de lumière rouge disponible pour se refléter hors de l’objet. Les objets dans l’eau n’apparaîtront que sous forme de couleurs réelles près de la surface où toutes les longueurs d’onde de la lumière sont encore disponibles, ou si les autres longueurs d’onde de la lumière sont fournies artificiellement, par exemple en éclairant l’objet avec une lumière de plongée.

L’eau en haute mer semble claire et bleue car elle contient beaucoup moins de particules, telles que le phytoplancton ou d’autres particules en suspension, et plus l’eau est claire, plus la pénétration de la lumière est profonde. La lumière bleue pénètre profondément et est diffusée par les molécules d’eau, tandis que toutes les autres couleurs sont absorbées; ainsi l’eau apparaît bleue. En revanche, les eaux côtières apparaissent souvent verdâtres (Figure 6.5.2). Les eaux côtières contiennent beaucoup plus de limon en suspension, d’algues et d’organismes microscopiques que l’océan ouvert. Beaucoup de ces organismes, tels que le phytoplancton, absorbent la lumière dans la gamme bleue et rouge grâce à leurs pigments photosynthétiques, laissant le vert comme longueur d’onde dominante de la lumière réfléchie. Par conséquent, plus la concentration de phytoplancton dans l’eau est élevée, plus elle apparaît verte. De petites particules de limon peuvent également absorber la lumière bleue, éloignant davantage la couleur de l’eau du bleu lorsqu’il y a de fortes concentrations de particules en suspension.

L’océan peut être divisé en couches de profondeur en fonction de la pénétration de la lumière, comme indiqué à la section 1.3 (Figure 6.5.3). Les 200 m supérieurs sont appelés zone photique ou euphotique. Cela représente la région où suffisamment de lumière peut pénétrer pour soutenir la photosynthèse, et cela correspond à la zone épipélagique. De 200 à 1000 m se trouve la zone dysphotique, ou la zone crépusculaire (correspondant à la zone mésopélagique). Il y a encore un peu de lumière à ces profondeurs, mais pas assez pour soutenir la photosynthèse. En dessous de 1000 m se trouve la zone aphotique (ou minuit), où aucune lumière ne pénètre. Cette région comprend la majorité du volume de l’océan, qui existe dans l’obscurité totale.